摘要：随着2000国家大地坐标的广泛应用，越来越多的工程都在采用2000国家大地坐标。分析研究地质成果2000国家大地坐标系转换技术方法与流程，实现地质调查成果、专题空间数据库坐标系向2000国家大地坐标系的转换，能为地质数据坐标系转换提供技术支撑。基于此，本文对2000国家大地坐标系进行了简要说明，并介绍了几种从传统大地坐标系向2000国家大地坐标系进行转换的方法，供大家参考和借鉴，不足之处敬请指正。
关键词：2000国家大地坐标系；坐标转换；ITRF框架
引言
2008年国家测绘地理信息局发布第2号公告“根据《中华人民共和国测绘法》，经国务院批准，我国自2008年7月1日起，启用2000国家大地坐标系”（2000国家大地坐标系英文名为：China Geodetic Coordinate System 2000缩写为CGCS2000）。2013年中国地质调查局下发了“中国地质调查局关于转发《2000国家大地坐标系推广使用技术指南》和《大地测量控制点坐标转换技术规程》的通知（中地调函〔2013〕332号）”，要求各地质调查项目承担单位学习相关文件，完成原坐标系成果向2000国家大地坐标系的转换工作。然而，经过十多年的积累，地质调查成果数量庞大。即使只考虑全国地质资料馆的馆藏基础地调成果，也有百万级的数量。对如此巨量的数据进行坐标转换，其工作量、工作成本以及投入的人力和其他资源必然将是一个庞大的数字。
1 2000国家大地坐标系的定义及实现
大地坐标系是建立地球空间框架的基础，是描述地球空间实体位置的参考基准，因此科学地定义和使用大地坐标系将会对航空航天、卫星定位、地壳形变、板块运动、工程建设等许多领域产生重大影响。2000国家大地坐标系（CGCS 2000）是依照国际地球参照系来进行定义的，完全符合ITRS基本的定义条件，具体如下：
（1）CGCS 2000是整个地球质量的中心，即地心，包括了海洋以及大气层的整体质量。2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0作为初始指向来推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转；X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点；Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
（2）它是以米为单位对长度进行定义的。该尺度单位是在相对论的基础上，通过建立模型所得，并且与地心部分的时间坐标相同。
（3）1984.0国际时间局已经确立了国家大地坐标系的定向初始。2000国家大地坐标系由2000国家GPS网在历元2000.0的三维坐标和速度实现的，2000国家GPS大地网是经过联合平差得到的一个覆盖全国规模的GPS大地网，联合平差是以全球分布的IGS核心站的ITRF97框架下的坐标和速度为起算成果，并将成果归算到参考历元2000.0。
（4）地球整体结构的运转，在不考虑地球旋转的情况下，保证着定向的时间演变。
2000国家大地坐标系是以地心作为原点，以国际地球参照系的参考极的方向作为Z轴的方向，由国际地球参照系的I RM和赤道面的交线所形成的线就是2000国家大地坐标的X轴，X、Y、Z三轴共同组成了右手地固正交坐标系。2000国家大地坐标系的原点与它的参考椭球的几何中心都在同一位置，而且参考椭球的旋转轴跟它的Z轴也是相同的。从几何学角度来看，参考椭球的表面对应的正是地球的表面，其形状是数学的一种表现形式。而站在物理学的角度来看，就成了一个等位椭球，椭球表面的地球重力是相等的。2000国家大地坐标系主要体现在历元2000.0坐标和速度上，并且还通过了2000国家GPS大地网。2000国家GPS大地网是由众多空间网所构成，并联合众网平差得到的，其中空间网包括了地壳运动观测以及地壳形变检测网、GPS网等其他空间网络。2000国家大地坐标系在参考历元2000.0的基础上，它实现的精度在水平以及高程坐标方面分别是1 cm和3 cm，而在水平速度方面的精度大约是3 mm/a左右。
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2000国家大地坐标系主要具有以下特点：
（1）与现在大地坐标系结构相比，2000国家大地坐标系的精度将更高。
（2）2000国家大地坐标系覆盖了所有的国土领域。
（3）2000国家大地坐标系是一个三维空间的坐标系，能够将大地上任意物体的空间位置准确的标示和说明。
（4）2000国家大地坐标系是一个具有时间特性的动态基准测量坐标系。
2 2000国家大地坐标系下点位坐标转换方法
总的来说，能够成功实现将传统大地坐标系下的点位坐标朝着2000国家大地坐标系下点位坐标转换的方法有如下几种：
（1）利用公共点求解两套坐标系统间的转换参数，利用此转换参数实现转换。国家相关测绘机构曾发布过《现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南》测绘指导文件，该文件建议使用坐标转换的方式来完成点位坐标的转换，省级以及以上范围内的坐标可通过二维七参数转换模型进行转换，至于以下范围内的坐标，可以通过三维或者二维四参数模型进行转换。而对于与2000国家大地坐标系有联系的相关单元坐标系统，可以通过多项回归模型进行转换，也能够通过平面参数系统实现坐标转换。在参数转换过程中，要合理选取重合点，通过对残差的计算和分析，找出最佳的方案，通常情况下，会选取5个及以上的重合点来进行坐标转换计算，这样便于对转换参数进行观测，所以，在最小二乘法的基础之上求出转换参数后，对于非重合点，还需要使用相关的模型进行转换，只有这样，才能够得到待转点位的2000国家大地坐标。为了得到准确的转换结果，必须利用重合点做外部检验和校核，具体转换模型可参考国家测绘机构发布的测绘技术指南。
（2）通过与具有2000国家大地坐标的高等级点联测实现对低等级GPS网进行约束平差的方法实现转换。如果有许多的2000国家大地坐标系坐标的控制点存在GPS控制网的周边的话，那么，就可以结合控制点和低等级的GPS网，两者进行联测，也可以用控制点对GPS网原有的数据进行约束，并在WGS84椭球的基础上进行三维约束平差，所得到的结果就是2000国家大地坐标系。
（3）将具有ITRF框架坐标的点位通过框架转换和历元转换转换到2000国家大地坐标系。根据2000国家大地坐标系的实际状况，它的坐标点基本跟ITRF97和2000.0历元坐标点是相同的，想要获得ITRF97框架下的点位坐标，可以通过GAMIT相对定位的方法获得，通过精密单定位也能得到同样的结果，而且，所获得的点位坐标的基准和星历的基准没有什么差别，包含了它们自身的框架以及历元。比如：IGS2005框架就是当前精密星历所使用的基本框架，而当天所观测到的瞬时历元即为历元，在ITRF2005基础上所获得的计算结果以及当天的历元，通过以上方式进行转换后，转换所得到的结果就是2000国家大地坐标系。
3 结语
本文对2000国家大地坐标系进行了简要说明，并针对当前正在采用的2000国家大地坐标系，提出了多种将传统大地坐标系向2000国家大地坐标系进行转换的方法，在当前阶段，使用第一种方式的基本都是省级的测绘机构所测绘的国家C级网点以及由城市所建立的D级以及以下的GPS点，但是，在测绘数据保持完整的条件下，可以使用第二种方法对数据进行转换，而且，与前者相比，后者更加的简单。如果要使用第三种方法，那么就必须知道站点的移动速度，并且待定点的计算结果必须在ITRF框架范围内，最后通过框架和历元的转换，即使没有控制点，也能将待定点的坐标直接转换为2000国家大地坐标，但是该方法很复杂，并且误差大，计算精度也不高。显然该转换方式跟当前的精密单点定位技术结合的很好，符合未来发展的趋势，也将在未来受到更多的关注，对于推动我国板块运动模型领域的发展具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]国家测绘局.国家测绘局2008年第2号公告[2008-06-18].
[2]何林，柳林涛，许超钤，等.常见平面坐标系之间相互转换的方法研究——以1954北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家坐标系之间的平面坐标相互转换为例[J].测绘通报，2014（9）。
论文作者:施东东,张艳,赵盼 崔晓鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/27
标签：坐标系论文; 大地论文; 国家论文; 坐标论文; 椭球论文; 地球论文; 框架论文; 《基层建设》2019年第5期论文;